PROCESOS QUIMICOS Y BIOQUÍMICOS
PROCESO DE FABRICACIÓN DE LA CERÁMICA
1.JUSTIFICACIÓN
2. OBJETIVOS
3. INTRODUCCIÓN
4. OPERACIÓN UNITARIA
5. CONTEXTO HISTÓRICO PROCESO APLICATIVO
6. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
a. ETAPAS DEL PROCESOS
b. VIDEO PROCESO PRODUCTIVO
7. MATERIALES Y EQUIPOS
8. DIAGRAMAS
8.1. DIAGRAMA BLOQUES
8.2 DIAGRAMA FLUJO
8.3 DIAGRAMA PROCESO
9. BALANCE DE MATERIALES
10. BALANCE ESTEQUIOMETRICO
11. PAPEL INGENIERO EN INDUSTRIA DEL LADRILLO
12. BIBLIOGRAFIA Y INFOGRAFIA
1. JUSTIFICACIÓN
La idea principal del
proyecto parte de una operación unitaria (combustión), esta se analizara sobre
un proceso de producción en el cual la operación intervenga (vamos a trabajar sobre el
ladrillo, el cual es un elemento fundamental en la construcción de todo tipo de
edificaciones y un factor esencial en el desarrollo urbano del país).
Se pensó en este
proceso productivo ya que la combustión hace parte fundamental de el, para la
generación de calor, este calor producido por los hurnos de cocción produce un
mejoramiento de las propiedades de la arcilla.
Como actividad
adicional queremos plantear la problemática existente en esta Industria, ya que
muchas de estas empresas se encuentran en condiciones precarias, haciendo de
estas, centros de trabajo hostil y propenso a cualquier tipo de amenaza para
las personas que interactúan en ese sistema, además como Ingenieros
Industriales queremos utilizar los diferentes recursos que en esta industria
desecha para su posible comercialización.
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo
general
·
Conocer el proceso de producción de ladrillo y los
subprocesos que intervienen en el mismo como la Combustión.
2.2 Objetivos
específicos
·
Ver los procesos, tecnologías y la obtención de productos
propios de una actividad industrial como la fabricación de ladrillos.
·
Desarrollar un modelo de producción del ladrillo e
identificar las operaciones unitarias.
·
Disminuir el impacto ambiental en el proceso productivo buscando
una producción más limpia y operaciones eco-eficientes.
3. INTRODUCCIÓN
Dentro de
los muchos fenómenos en la naturaleza, las operaciones unitarias y sus
respectivas implicaciones sobre la misma han constituido un factor
preponderante en el conocimiento humano y su respectivo desarrollo; muchos
procesos de índole industrial, y bajo la premisa de desarrollo, vieron en estos
la oportunidad de crecer en términos productivos, entre estas se destaca la
industria de la cerámica que mediante la implementación de operaciones
unitarias tales como el secado y la combustión
buscando optimizar sus procesos y adquiere reconocimiento por ser muy
atractiva a cambios sustanciales en términos generales, de ahí la importancia de
la ingeniería industrial como pilar de
crecimiento sostenido para dicha
industria.
4.
OPERACIONES
UNITARIAS
Una operación unitaria puede definirse
como un área del proceso o un equipo donde se incorporan materiales, insumos o
materias primas y ocurre una función determinada, son actividades básicas que
forman parte del proceso.
Este concepto fue introducido en 1915 por el
profesor Little, del MassachussetsInstitute of. Technology (M.I.T). La
definición dada entonces, fue la siguiente: "... todo proceso químico
conducido en cualquier escala puede descomponerse en una serie ordenada de lo
que pudieran Ilamarse OPERACIONES UNITARIAS, como pulverización, secado,
cristalización, filtración, evaporación, destilación...
4.1 COMBUSTIÓN
Es la reacción química entre un
combustible (sustancia que quema) y un comburente, (oxígeno) en donde se
produce energía calórica, y productos como cenizas y gases. Entre los compuestos
más comunes que producen combustión se encuentran los Hidrocarburos, sustancias
formadas por carbón e hidrógeno, que al reaccionar con el oxígeno forman
dióxido de carbono y agua (sí la reacción es completa) o monóxido de carbono y
agua sí es incompleta. En estas reacciones y dependiendo de la composición del
combustible, se pueden generar otros productos resultantes de la unión de
azufre, sílice, hierro con oxígeno originan do otros compuestos altamente
contaminantes que van a la atmósfera (aire).
El aire es la fuente de oxígeno más
económica, (pero tiene nitrógeno y este forma tres cuartos del aire en volumen)
y es el principal componente de la combustión, produciendo menor temperatura
que en el caso de realizarse la combustión con oxígeno puro. Teóricamente, en
toda combustión se necesita agregar una mínima porción de aire al combustible
para completar el proceso. Sin embargo, con una mayor cantidad de aire, la
combustión se efectúa con mayor eficacia y aprovechamiento de la energía
liberada. Para lograr altas temperaturas puede utilizarse aire rico en oxígeno,
o incluso oxígeno puro, como en el caso de la soldadura oxiacetilénica, también
se consigue aumento añadiendo más aire para proporcionar más oxígeno al
combustible. Cuando se necesita liberar energía de modo instantáneo, como en el
caso de los cohetes, se puede incorporar el oxidante
directamente al combustible durante su elaboración.
4.2 CLASES DE COMBUSTIÓN.
La combustión se puede realizar en
forma total, parcial y débil.
Combustión total. Los combustibles
cuando queman, liberan energía es decir son reacciones exotérmicas, debido a
que las moléculas que los constituyen se rompen para formar dióxido de carbono
y agua. Cuando una sustancia desprende energía en una reacción exotérmica, su entalpía
disminuye. (la entalpía es una medida del intercambio energético entre una
sustancia y su entorno). Si el hidrocarburo posee mayor número de carbones
mayor energía desprende.
CH4 + 2O2 CO2 +2 H2O + 211
Kcal
CH3-CH2-CH3 +5O2 CO2 + 4 H2O + 526
Kcal
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6 H2O + 673
Kcal
Caloría (cal), unidad que sirve para
medir las cantidades de calor. La caloría pequeña, o caloría-gramo, se define
como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de
agua en 1 grado centígrado.
Combustión parcial, los combustibles
no siempre se queman totalmente, a veces se desprende menos calor del que
debería, y se producen productos secundarios como hidrocarburos parcialmente
quemados y el gas tóxico monóxido de carbono. Estas sustancias todavía
contienen energía que podría desprenderse si se quemaran de nuevo.
2 CH4 + 3 O2 2 CO +
4 H2O
2 C8H18 +17 O2 16 CO
+ 18 H2O
Combustión débil, se produce cuando la
cantidad de oxígeno es mínima y las sustancias reactantes no alcanzan a
oxidarse.
2 CH4 + 2 O2 2 C +
4 H2O
Los combustibles los podemos encontrar
en tres estados: Solido, líquido y gaseoso. Los combustibles líquidos son los
de mayor eficiencia y los que me en su mayoría se utilizan en la industria, por
ello vamos a investigar mas sobre estos.
4.3 COMBUSTIBLES LIQUIDOS
Los combustibles líquidos más comunes son los derivados del petróleo
mediante la destilación fraccionada como el fuel-oil, la gasolina y las naftas.
Les siguen en importancia el alquitrán de hulla, el alcohol y el benzol obtenido
en el proceso de elaboración de coque. En un motor de combustión intema, los
combustibles volátiles como la gasolina o las mezclas de alcohol y gasolina
(gasolina reformada) se evaporan y la mezcla penetra en el cilindro del motor,
donde la combustión se provoca con una chispa. En el caso de estos combustibles
es necesario entre 16 y 23 Kg., de aire para la combustión de 1 Kg., de
combustible. En los motores diesel, el combustible se introduce en forma de
Iluvia atomizada en la cámara de combustión, donde el aumento de temperatura
asociado con el nivel de compresión de dichos motores, es suficiente para
provocar el encendido. Entre los combustibles líquidos encontramos:
Aceites ligeros o esencias, son los combustibles adecuados para
motores de combustión interna, así como hornos domésticos e industriales.
Aceite combustible para motores , ACPM, es un producto que se obtiene de la
destilación fraccionada del petróleo, es una mezcla de hidrocarburos de color
ámbar, es moderadamente inflamable, bajo condiciones normales es estable, el
principal producto que se forman de la combustión incompleta es el Monóxido de
carbono.(CO).
Aceites pesados, son los adecuados para la combustión de hornos,
especialmente que necesiten altas temperaturas.
Combustoleo, es un gas obtenido a partir de productos residuales
obtenidos de la refinación del petróleo, se debe tener cuidado al calentarlo
por encima de 70°C por los vapores que produce y posibilidad de incendio, al
quemar forma CO y CO2 .fuel-oil y crudo de castilla, son hidrocarburos ,
usados en la industria como combustibles.
Gasolina, es el subproducto del petróleo más importante esta formada por
hidrocarburos alifáticos de cadena abierta, cuyo número de carbonos varia entre
5 y 9. Los primeros componentes son hexano, heptano y octano con sus isómeros.
Cuando se obtiene a través de la destilación directa del petróleo bruto, se
habla de gasolina de destilación, se refina para quitarle impurezas de azufre
debido a que estas le disminuyen la capacidad del combustible. Según el tipo de
petróleo, la cantidad producida de gasolina durante este proceso puede ser de
un 1 a un 50%. La gasolina de alto grado se consigue mediante un proceso
conocido como hidrofinado, es decir, la hidrogenación de petróleo refinado a
alta presión y con un catalizador, como por ejemplo el óxido de molibdeno. El
hidrofinado no sólo convierte el petróleo de bajo valor en gasolina de mayor
valor, sino que al mismo tiempo purifica químicamente el producto eliminando
elementos no deseados, como el azufre.
5. CONTEXTO
HISTORICO – PROCESO APLICATIVO.
Es el más antiguo de los materiales de
la construcción empleado por el hombre. La idea de su creación habría nacido en
forma espontánea, por la simple observación de la naturaleza a través de la
mirada de unos pastores que al apagar su fogata encendida sobre suelo
arcilloso, observaron que la tierra enrojecía y quedaba tan rígida y
resistente, que soportaba el impacto del agua de lluvia.
Su descubrimiento modificó y generó
cambios en la sociedad que los produjo. El hombre lo fabricó para salir de la
cueva, levantar la ciudad e imponer el concepto de lo urbano impulsando las
antiguas primeras civilizaciones de Mesopotamia y Palestina, donde apenas se
disponía de madera y piedras.
Los constructores sumerios y
babilonios levantaron zigurats, palacios y ciudades amuralladas con ladrillos
secados al sol, que recubrían con otros ladrillos más resistentes cocidos en
hornos. En sus últimos años los persas usaron el ladrillo al igual que los
chinos, que levantaron la gran muralla.
Los romanos construyeron con ladrillos,
arcos de medio punto y con ellos edificios de grandes dimensiones como templos,
arcos de triunfo, termas, anfiteatros y acueductos
En el curso de la Edad Media, el
Imperio Bizantino, heredero de los saberes romanos y el occidente cristiano,
con el Románico y el gótico del norte de Italia, los Países Bajos y Alemania,
así como en cualquier otro lugar donde escaseara la piedra, los constructores
utilizaron el ladrillo por sus cualidades funcionales y decorativas. Realizaron
construcciones con ladrillos templados, rojos con y sin brillo, creando una
amplia variedad de formas, cuadros, figuras de punto de espina, tejido de
esterilla o lazos flamencos. Pero fue en España donde, por influencia
musulmana, el uso del ladrillo alcanzó más difusión, sobre todo en Castilla,
Aragón y Andalucía.
También, el ladrillo era conocido por
los indígenas americanos de las civilizaciones prehispánicas que, en regiones
secas, erigieron casas de adobe secado al sol. Las grandes pirámides de los
olmecas, mayas y otros pueblos fueron levantadas con ladrillos revestidos de
piedra.
Con la llegada de Colón en el siglo
XV, la tradición musulmana se difundió en la América hispana.
En América del Norte, la influencia de
la arquitectura georgiana británica, introducida por los colonos, impulsó las
construcciones ladrilleras.
Mas adelante, la inmigración europea
de los siglos XIX y XX consolidó su uso a través de italianos y españoles.
Tradición que perdura hasta la actualidad.
6. a) DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL LADRILLO
Grafico1. Proceso
productivo del ladrillo
6.1 Preparación y Adecuación de la materia Prima
- Ajuste granulométrico. Dependiendo de la finura de la arcilla esta tendrá mayor o menor grado de plasticidad. El ajuste se hace por medios mecánicos.
- · Ajuste por contracción. Consiste en agregar arena o arcillas no plásticas.
- Ajustes por humedad. Se realiza teniendo en cuenta las especificaciones dadas por los límites de atterberg.
- Mezcla homogénea. Se debe lograr una misma composición en toda la matriz ya sea por bestia, por batidora, o por otros procesos mecánicos.
Debido a que el chamote es una materia prima muy importante en la
fabricación de productos refractarios, al igual que la arcilla refractaria, y
se obtienen mejores resultados utilizando chamote de la arcilla refractaria, la
etapa de preparación de materias primas se divide en dos. Etapa de preparación
del chamote y etapa de preparación de la arcilla, para posteriormente ser
llevados a los silos de almacenamiento de diario.
·
Preparación del Chamote y de la arcilla.
La arcilla extraída de la cantera, es llevada por medio de volquetas a unas ramadas de almacenamiento, donde es sometida a la intemperie todo el tiempo que sea posible, con el objeto de aumentar su plasticidad. Una vez la arcilla se ha dejado el suficiente tiempo a la intemperie es llevada por unos cargadores a unas tolvas de alimentación donde se dosifica la alimentación a una banda transportadora que lleva la arcilla a una amasadora de filtro, donde se realiza una mejor mezcla de la arcilla y a la vez se retiene material indeseable, para pasar luego a un laminador donde se separa piedras y material que no pudo ser retenido en la amasadora de filtro. Luego el material es totalmente separado de impurezas y se separa el chamote y la arcilla; el chamote El material totalmente separado de impurezas pasa a una extrusora donde obtiene el material en forma pelets o de espagueti, para ser luego secados al aire libre, y la arcilla pasa a una extrusora donde obtiene el material en forma de bloques.
Chamote.
Una vez seco el material es llevado a unas tolvas de alimentación, donde se dosifica la arcilla a unos elevadores de cangilones y estos a su vez a una tolva dosificadora que alimenta el material a un horno rotatorio.
El chamote obtenido en esta etapa de preparación, junto con el
chamote proveniente de retales de productos en el proceso, son mezclados en una
tolva dosificadora y a su vez alimentados a unos molinos de conos donde se
disminuye de tamaño el chamote. Una vez el material es molido pasa a una
zaranda donde por diferencias de tamaño se regresa a los molinos el material
que no tenga el tamaño requerido. El material que cumple con las
especificaciones de tamaño es llevado por medio de bandas transportadoras a
unos silos de almacenamiento de chamote granulado. El chamote granulado, una
parte es llevado por medio de unos elevadores de cangilones a un molino de
bolas donde se obtiene un chamote más fino, una vez sale el chamote del molino,
pasa a una zaranda donde se clasifica por tamaño el material que no tenga el
tamaño adecuado es alimentado nuevamente al molino.
El chamote fino es llevado por medio de un tornillo sin fin a los
silos de almacenamiento; la otra parte del chamote granulado es llevado por
medio de un elevador de cangilones a una banda transportadora y de depositado en los silos de almacenamiento
de diario.
Arcilla
La arcilla en forma de bloques es secada en forma natural o en forma artificial. La arcilla seca es llevada a unas tolvas dosificadoras que alimentan la arcilla a unos molinos de rodillos, donde se disminuye de tamaño el material grueso, esta arcilla ya tratada es llevada luego a un elevador de cangilones que llevan el material hasta unos molinos de conos, donde se obtiene finalmente el tamaño requerido de la arcilla. Una vez sale la arcilla del molino es llevada a un elevador de cangilones que alimenta a un tornillo sin fin, el cual es el encargado de llevar la arcilla a los silos de almacenamiento de diario.
6.2 Basculación y Mezclado.
Una vez se tienen las materias primas e insumos a las condiciones óptimas para ser utilizados en la preparación de los diferentes productos refractarios, son llevados a unos silos, llamados silos de almacenamiento de diario, en donde se almacena la Bauxita, el chamote fino y grueso, la arcilla, el silicato de calcio, el cemento, etc. Los silos de almacenamiento de diario presentan un sistema de basculación automático, que permite distribuir las materias primas de acuerdo a la formulación del producto refractario que se quiere fabricar.
En la dosificación de materias primas para la
elaboración de ladrillos refractarios se tienen las siguientes
especificaciones. En la fabricación de ladrillos refractarios se tienen dos
especialidades; los de baja alúmina los cuales cubren el 75% de la producción,
en este tipo de ladrillo la composición es de 25% de arcilla y 75% de chamote;
en los ladrillos de alta alúmina que son el restante 25% de la producción la
composición típica es de 20% de arcilla y 80% de bauxita.
6.3 Formación o Prensado.
Consiste en vaciar la “masa cerámica plástica” en moldes para obtener el “ladrillo crudo”. El procedimiento de moldeado puede ser por vaciado manual en moldes, por extrusión en máquinas de moldeo plástico, o por prensado en seco. El proceso de moldeo por extrusión es el que se utiliza en las grandes ladrilleras formándose un molde continuo el cual se corta de acuerdo a las medidas del producto que se va a fabricar.
El prensado es una tecnología intermedia por el cual
se comprime la masa dentro del molde con ayuda de un compactador mecánico y
permite moldear de una a cuatro unidades por prensado. En las ladrilleras
artesanales el material mezclado se moldea manualmente sin comprimir de una a
dos unidades por vez utilizando moldes metálicos o de madera con arena fina o
ceniza como desmoldante para facilitar el retiro del molde de la mezcla.
Es una etapa específica en la producción de ladrillos refractarios. El método de prensado en seco es el proceso más adecuado para la fabricación de ladrillos refractarios, ya que se consigue con ella mayor densidad, volumen y uniformidad. Al aumentar la presión de moldeo, se mejoran las siguientes propiedades:
- Resistencia mecánica al frío
- Porosidad
- Escorificación
- Reblandecimiento a compresión
Las materias primas provenientes de los silos de almacenamiento de diario, ya mezcladas con el agua son llevadas por medio de carros repartidores al sistema de compresión el cual consta de cinco prensas, las cuales utilizan una carga que va de 400 a 950 toneladas cada una.
6.4 Secado.
La etapa de secado se realiza principalmente para eliminar parte del agua que trae la pieza prensada y que fue incorporada principalmente en la etapa de mezclado. Las piezas en el secado pasa por tres fases: una primera de pérdida de agua contenida en los poros; otra de nueva eliminación de agua hasta alcanzar la máxima contracción y una tercera consistente en la pérdida del resto de agua, permitiendo la aparición de poros.
El secado es una operación simultánea de calor y masa, la cual es de vital importancia en la industria refractaria, debido a que en esta etapa del proceso es donde se produce el mayor porcentaje de pérdidas de producción debidas a fisuras, contracciones, demoras de producción, deformaciones, obstrucciones de vías.
En términos generales puede decirse que se debe conocer las características químicas y físicas de las arcillas, para determinar la velocidad de secado. La velocidad de secado más adecuada, es la que se consigue en el menor tiempo, sin que se produzcan roturas por contracción.
El secado utilizado en la industria de la fabricación de productos refractarios en el país se realiza en forma artificial, después de haber tenido una previa etapa de secado natural durante 24 horas. Cuando se introduce el material refractario en un secadero artificial, en el cual circula aire caliente, se establece un flujo de calor hasta el interior de este, obligando a salir la humedad del sólido. El aire seco al estar en contacto con el material húmedo transfiere calor a su superficie, evaporando su humedad libre. Si se mantiene constantes la temperatura y la velocidad del aire, el agua se elimina a velocidad constante, hasta alcanzar el sólido su humedad crítica, momento en el cual aparecen las primeras manchas secas. Si el secado es brusco se establece un anormal gradiente de eliminación de humedad, el cual va acompañado de agrietamiento, deformaciones y contracciones del material.
Para una determinada temperatura de aire, el consumo de calor resultará tanto menor, cuanto más elevado sea el grado final de humedad del aire saliente, si se emplean gases calientes, conviene que estos procedan de combustibles limpios en azufre para evitar decoloración de los productos refractarios.
6.5 Cocción.
Es el proceso mediante el cual los ladrillos son cocidos y por acción del fuego y del calor se producen los cambios químicos que transforman la arcilla y los demás componentes en productos refractarios con características estructurales de resistencia a la compresión. Esta es la etapa más importante en el proceso de fabricación porque cualquier falla significará la pérdida de la producción; así mismo, la cocción genera los mayores impactos de la actividad en la forma de emisiones atmosféricas procedentes de la quema de combustibles en los hornos donde se cuecen los ladrillos.En esta etapa se confiere a la pieza las propiedades deseadas, al mismo tiempo que pone de manifiesto si las etapas precedentes, preparación, prensado y secado se han llevado correctamente o no. Los materiales que son sometidos a cocción pasan durante este proceso por diversos estados, ocurriendo complejas reacciones, regidas por su composición mineralógica, química y granulométrica.
Cuando el mineral arcilloso ha alcanzado temperaturas
entre 150 y 200 0C, el agua ligada desaparece totalmente,
empezando la descomposición de los hidratos de silicio de hierro, al igual que
los silicatos de alúmina. Al alcanzar la arcilla una temperatura entre 450 y
550 0C comienza a perder el agua combinada, la
arcilla se descompone y la materia orgánica se quema; entre 700 y 800 0C
se forma una pasta (mezcla de sílice, alúmina, óxidos de hierro, calcio y
magnesio). Desde los 800 0C hasta 1000 - 1100 0C
tiene lugar la cochura propiamente dicha.
Las fases de la cochura del horno son tres: Caldeo, cocción y enfriamiento. En la primera se elimina paulatinamente el agua higroscópica, el agua es removida por aire continuamente renovado y aumentando constantemente la temperatura. El caldeo se considera terminado cuando toda la masa alcanza los 100 0C. En todos los hornos túnel, el caldeo se realiza con el aire de la zona de enfriamiento que pasa a la de caldeo sin atravesar el fuego, por conductos especiales.
En la cocción se completan las reacciones químicas, los materiales sufren una ligera contracción y adquieren una estructura característica que da fuerza al material terminado. La temperatura de cocción oscila entre 1200 y 1400 0C.
El enfriamiento de las piezas está definido por su tamaño, cuanto mayor es el tamaño de los refractarios, con tanta mayor lentitud se habrá de elevar la temperatura y dejar enfriar aquellos. Los productos cuyo enfriamiento se ha realizado lentamente, son tenaces y muy resistentes a las acciones mecánicas y por el contrario un enfriamiento rápido los hace frágiles, hasta el punto que si han sido enfriados con demasiada premura se rompen a veces espontáneamente, sin la intervención de agentes mecánicos exteriores.
Después de la cocción los materiales toman una coloración que es muy variable, dependiendo de: los componentes de la arcilla y tipo de atmósfera, bien sea oxidante o reductora. Generalmente en los materiales estructurales prima los colores rojizos propios de los óxidos férricos.
6.6 Selección y Empaque.
Una vez fabricados los productos refractarios (ladrillos prensados y especialidades refractarias), estos pasan por una fase de selección, en donde se descarta el material refractarios que no cumpla con los estándar de producción. Una vez el material refractario, es empacado y llevado a la bodega de almacenamiento para ser despachado posteriormente.
6.7 Normalización
Se le hicieron varias pruebas a los ladrillos para
compararla con las normas estándares del mercado, Icontec.
Ensayo a compresión.Para lo cual se toma el ladrillo con dimensiones más uniformes y lo sometimos a presión uniforme sobre la cara de mayor área, por medio de un equipo de compresión el cual mide la fuerza ejercida sobre la pieza, en libras. Sometimos el ladrillo hasta su rotura y la fuerza hallada se dividió entre el área para hallar el esfuerzo en el cual ocurre la rotura, quedando así normalizado a compresión.
Ensayo de densidad real y densidad aparente. Por medio del cual se mido la porosidad. Para hallar la densidad real se toma una muestra pulverizada del material que quedo después del ensayo mencionado anteriormente. Esta muestra se pesa y posteriormente se sumerge en una probeta con un volumen de agua establecido para así establecer el volumen del material através del desplazamiento de la superficie de agua.
Para hallar la densidad aparente se sigue dos métodos denominados peso suelto y peso compactado. Peso suelto: Se toma un recipiente del cual se conoce su volumen y su peso.
Poniendo dentro de este una muestra del material pulverizado de manera que quedo lleno el recipiente, luego se pesó, y así hallamos el peso y el volumen de la muestra, con lo cual se encuentra la densidad. Peso compactado: Se repite el procedimiento anterior, con la única diferencia que al echar la muestra al recipiente, se le hace una fuerza para que quede compactado.
Ensayo de absorción de humedad. El cual se hizo así: Se introducen los ladrillos al horno 24 horas, cerca de los 150 grados centígrados, para eliminar completamente la humedad, luego se hayo su peso cuando estaban secos, y se sumergieron en agua otras 24 horas, hasta el punto de saturación. Cuando se sacaron, se secan superficialmente y se pesan nuevamente. Con estos datos se halla el porcentaje de absorción.
b) VÍDEO PROCESO PRODUCTIVO
7.
MATERIALES Y EQUIPOS
7.1 MATERIAS PRIMAS
Debido a que el chamote es una materia
prima muy importante en la fabricación de productos refractarios, al igual que
la arcilla refractaria, y se obtienen mejores resultados utilizando chamote de
la arcilla refractaria, la etapa de preparación de materias primas se divide en
dos. Etapa de preparación del chamote y etapa de preparación de la arcilla,
para posteriormente ser llevados a los silos de almacenamiento de diario.
Silicato de Sodio (Si02-Na20).
Aunque el silicato de sodio fue obtenido en varios países desde hace 100 años, únicamente desde 1950 ha sido muy utilizado en la industria de la fundición, mezclándose con la arena. El silicato ha sido desarrollado en los Estados Unidos, algunos países de Europa y la Unión Soviética es empleada con mucha frecuencia.
El silicato de sodio es obtenido del vidrio en polvo, es altamente soluble y se encuentra comúnmente en solución. Esta solución de silicato es producida comercialmente en un rango de módulos moleculares de sílice (Si02) y soda (Na20) entre 1:1 y 4.1:1. La variación del módulo y también la dilución nos da una diferencia amplia entre las propiedades físicas y químicas de la solución. Ya que el silicato de sodio es una sal proveniente de un ácido débil, ácido silícico (si(0H)4) y una base fuerte (Na0H), éste es alcalino en solución y los aniones son fuertemente asociados.
Hay dos tipos de silicato de sodio que son comúnmente usados. El primer tipo consiste en soluciones acuosas de silicato de sodio y no contiene aditivos, el segundo tipo de silicato consiste en soluciones acuosas de silicato de sodio con adiciones de azúcar y melaza.
Bauxita
Las bauxitas son rocas mayoritariamente compuestas por hidróxidos de aluminio derivados de la alteración de los aluminosilicatos que constituyen la mayoría de las rocas y de los sedimentos. Se forman bajo climas tropicales y subtropicales húmedos (en la actualidad, por debajo de los 30° de latitud). El primer estado de la alteración de los silicatos es la formación de minerales arcillosos que, junto con el cuarzo, son los principales constituyentes de las rocas sedimentarias. En las regiones tropicales, sin embargo, el proceso de disolución de los silicatos acaba también finalmente desestabilazando esas arcillas neoformadas. Ese proceso de disolución de las arcillas y de formación de óxidos e hidróxidos de aluminio puede ilustrarse con la siguiente reacción:
Las bauxitas son, por así decir, el «residuo insoluble» de la alteración de las rocas.
Se forman en zonas
tectónicamente estables y protegidas de la erosión, en las que la acción de los
agentes que provocan la laterización del material original puedan actuar
durante largos periodos de tiempo (muchos depósitos se han formado por la
acción continua de esos agentes durante millones de años). Esto ocurre
principalmente sobre las rocas aluminosas de los cratones estables (bauxitas
lateríticas) o como resultado de la transformación de los materiales silíceos
acumulados en el sistema kárstico de las calizas (bauxitas kársticas). En
algunos casos, también pueden ser el resultado de la resedimentación de
bauxitas previamente erosionadas.
Arcilla y chamote
La arcilla extraída de la cantera, es llevada por medio volquetas a unas ramadas de almacenamiento, donde es sometida a la intemperie todo el tiempo que sea posible, con el objeto de aumentar su plasticidad. Una vez la arcilla se ha dejado el suficiente tiempo a la intemperie es llevada por unos cargadores a unas tolvas de alimentación donde se dosifica la alimentación a una banda transportadora que lleva la arcilla a una amasadora de filtro, donde se realiza una mejor mezcla de la arcilla y a la vez se retiene material indeseable, para pasar luego a un laminador donde se separa piedras y material que no pudo ser retenido en la amasadora de filtro. El material totalmente separado de impurezas pasa a una extrusora donde obtiene el material en forma de bloques. La arcilla en forma de bloques es secada en forma natural o en forma artificial. La arcilla seca es llevada a unas tolvas dosificadoras que alimentan la arcilla a unos molino de rodillos, donde se disminuye de tamaño el material grueso, esta arcilla ya tratada es llevada luego a un elevador de cangilones que llevan el material hasta unos molinos de conos, donde se obtiene finalmente el tamaño requerido de la arcilla. Una vez sale la arcilla del molino es llevada a un elevador de cangilones que alimenta a un tornillo sin fin, el cual es el encargado de llevar la arcilla a los silos de almacenamiento de diario.
7.2 EQUIPOS
Tolvas de alimentación. Los alimentadores de
lecho de escamas metálicas o de banda de caucho, son básicamente destinados a
recopilar y dosificar el material a lo largo de las líneas de preparación y
moldeo de las arcillas refractarias.
Tolvas Vibratorias. Consideradas
entre las más importantes versátiles. Se usan para ampliar la abertura de los
depósitos de almacenamiento y provocar el flujo al romper los puentes formados
por el material.
Alimentadores de Tornillo Sinfín. O helicoidal
para ayudar a descargar depósitos y producir una alimentación uniforme. En este
caso es importante la necesidad de un tornillo helicoidal de paso variable para
producir un arrastre uniforme del material por la abertura completa de la
tolva.
Alimentadores de estrella. Con un
transportador recolector de tornillo o gusano sinfín proporcionan una salida
muy uniforme a lo largo de la abertura ranurada.
Bandas Transportadoras. Las bandas
transportadoras se utilizan de manera casi universal en todo proceso que
implique el transporte de material de un lugar a otro.
Amasadora. La amasadora debe ser larga, pero a
mayor longitud existe más consumo de fuerza, mayor debilidad de los ejes y
rotura de cojinetes por un alto esfuerzo.El factor que afecta la producción es
el ancho de la amasadora, el cual debe ser proporcionado a la producción de
piezas.
Laminadores. Los laminadores son maquinas
íntimamente relacionadas en los procesos de preparación, en las instalaciones
de maquinaria para la industria cerámica, estructural, ladrillos, productos
refractarios, tejas, etc. Principalmente se aplican en las instalaciones por
vía semi-húmeda y especialmente en casos concretos que lo permitan en vía seca.
Extrusora. Una extrusora es básicamente una
máquina constituida por un conjunto de componentes o mecanismos que permiten
compactar la masa de arcilla refractaria, mediante la eliminación de oclusiones
de aire o desgasificación y la presión a que se ve sometida la arcilla entre el
cuerpo de hélices de la maquina y el embudo o molde. Dependiendo de la materia
prima deseada se obtiene pelets o espaguetis, para producir chamote; o bloques
para la arcilla refractaria.
Elevador de Cangilones. Los elevadores de
cangilones son las unidades más sencillas y seguras para desplazamientos
verticales de materiales en la industria refractaria. Existen en una gama
amplia de capacidades y pueden funcionar totalmente al aire libre o encerrados
dependiendo del material a transportar, arcilla o chamote.
Horno Rotatorio. El horno rotatorio
de calor directo es uno de los hornos de proceso para altas temperaturas.
Sustituye al secador rotatorio ordinario, cuando la temperatura de pared
sobrepasa a la que puede tolerar una cubierta metálica no revestida. Las
cubiertas o los cascos de hornos rotatorios de cuba están revestidos en parte o
en toda su longitud con ladrillos refractarios para evitar el
sobrecalentamiento del acero, que traería como consecuencia su debilitamiento
Molino de Bolas. El molino de
bolas es adecuado para materiales finos y gruesos, moliendas en húmedo o en
seco, en circuitos cerrado con clasificadores, cribas o separadores de aire. En
un molino de bolas la mayor parte de la reducción se efectúa por impacto cuando
las bolas o guijarros caen casi desde la altura máxima de la carcasa. Un molino
de bolas grande, puede llegar a tener la carcasa 3 m de diámetro y 5 m de
longitud. Las bolas son de 2 a 12 cm de diámetro.
Zarandas. Una vez el chamote es
molido, este se clasifica por tamaño, mediante la utilización de tamices de
tambor rotatorio o de tambor oscilante; en ambos casos, las máquinas están
dispuestas de manera que sirvan al mismo tiempo para transportar el producto
molido y tamizado a los silos o tolvas respectivas. Las partículas de hierro y
de óxidos magnético, se eliminan atravesando el material molido por un
separador o depurador magnético, formado por haces de hierro dulce que hacen de
polos de un electroimán.
Secaderos Artificiales. La instalación
de secaderos artificiales suponen gastos supletorios elevados, otra razón
económica desfavorable, estriba en el hecho en que se necesitan igual numero de
calorías para secarlo, como para cocerlo. Sin embargo, con el fin de
incrementar la producción y disminuir las pérdidas de rotura, un cálculo
adecuado de secado puede llegar a garantizar consumos de carbón bastantes
reducidos, en función de los calores recuperados en la evacuación de los humos
del horno. Los secaderos artificiales se catalogan en intermitentes o
continuos.
Horno Túnel. Son hornos continuos, de bajo nivel de contaminación, en donde el
material se moviliza mediante vagones que se desplazan a través de la galería,
conformada por 49 campos. La concepción de este horno responde a la idea de
fijar una zona de fuego y hacer pasar los productos a cocer, siguiendo la curva
de calentamiento del horno. Ello supone la ventaja de ahorro de calorías en el
enfriamiento y precalentamiento del horno, además de la economía de mano de
obra en carga y descarga de los ladrillos y mayor rapidez en la etapa de
cocción.
8. DIAGRAMAS
8.1 DIAGRAMA DE PROCESO
8.2 DIAGRAMA
FLUJO
Grafico 2. Diagrama
de flujo para la producción de ladrillo.
8.3 DIAGRAMA DE BLOQUES
Grafico 3. Diagrama de proceso para la producción de ladrillo.
9.
BALANCE DE MATERIALES
Grafico 4. Balance de materiales para la producción de ladrillo.
10. BALANCE ESTEQUIOMÉTRICO
En
la actualidad existen variedades de hornos derivadas de los modelos antiguos,
modificaciones como la forma de inyección del combustible, transporte del
material dentro del horno, tipo de combustible utilizado, son el reflejo de los
avances tecnológicos aplicados a la industria. Un claro ejemplo es el horno
utilizado en nuestro proceso, el horno de rodillo.
Los
hornos de rodillos son una modificación del horno Túnel, son hornos continuos
en donde el material no es transportado
en vagonetas, sino mediante una serie 8sucesiva de rodillos cerámicos, de donde
proviene su nombre. Estos hornos tienen generalmente 2 o 3 líneas de flujo por
donde circula el material a cocer.
El
combustible utilizado en estos hornos es gas y su utilización prevé una economía
decombustible. El gas es introducido por la parte lateral; existen varios tipos
de quemadores, uno frente al otro, un sistema diferente es que el quemador de
laizquierda lanza el fuego hacia la bóveda y el de la derecha hacia la carga a
cocer.La alimentación de gas en cada mechero está regulada por un registro y
poco antes del quemador se encuentra una cámara de combustión. El colector
supone una gran economía, pues las cámaras son muy pequeñas. El aire secundario
para ser insuflado en los quemadores, es calentado previamente.
Gracias
a esto podemos establecer el siguiente balance estequiométrico con un exceso de
10% de aire. El combustible que vamos a utilizar tiene una composición de 60%
propano y 40% de Butano.
Relación
Estequeométrica
C6.85H17.80+11.301(O2+3.76N2)=6.85
CO2+8.902H2O+ (11.30) (3.762 N2)
Con el 10%
de exceso de aire.
11.
PAPEL DEL INGENIERO EN LA INDUSTRIA DEL LADRILLO
Dentro de las muchas problemáticas en el ámbito industrial
la ingeniería, y de manera más detallada la ingeniería industrial encuentran en
dichas problemáticas un espacio propicio para sus aplicación, no obstante los
retos a afrontar suponen un alto grado de ingenio, y más aun cuando no se
cuenta con un desarrollo paulatino, sino que por el contrario nos encontramos
ante un sector claramente rudimentario y artesanal en términos de
implementación de técnicas y modelos que optimicen sus procesos, fomenten su
productividad, eliminen lo que resulta trivial y mitiguen impactos en su entorno,
tal es el caso de la industria cerámica y en un caso más puntual la fabricación
de ladrillo a continuación se presenta una serie de aspectos a bordar dentro de
dicha industria y el papel que ejerce la ingeniería industrial sobre estos:
11.1 Tecnología Y Su Reconversión:
La tecnología está definida como “un conjunto de
conocimientos aplicados y a reglas prácticas que tienen como misión crear, modificar
y valorar el entorno del hombre para satisfacer sus necesidades tal como lo
concibe el medio en donde se desarrolle”1, en este orden de ideas se
hace necesaria de la integración de las nuevas tecnología con sus respectivos el
respectivo proceso que se desarrolle en las mismas, sin embargo factores como
el desconocimientos de tecnología de punta o técnicas de optimización de
procesos hacen de esta premisa una utopía, de ahí la importancia de liderar una
correcta gestión tecnológica.
Tabla 1. Reconversión
de la tecnología
11.2 Calidad:
La calidad comprendida como la actividad que busca satisfacer al cliente
mediante la mejora en procesos con el fin de proporcionar un producto con
especificaciones ideales, es uno de elementos de menor aplicación en la
industria ladrillera, al no buscar de forma activa la satisfacción del cliente,
no promover la cultura organizacional dentro de la compañía, evitando de esta
manera la implementación de la calidad total como mecanismo efectivo para el
alcance optimo de la calidad, y no motivar a sus empleados para que
proporcionen mejores productos.
- La gestión de la calidad se desarrolla mediante los siguientes principios:
- Comprender y satisfacer las necesidades del cliente
- Mejora continua en la actividad de la empresa
- Procesos definidos y consistentes
- Garantía de la calidad en los procesos
- Prevenir en lugar de supervisar
- Compromiso de la dirección
- Trabajo en equipo
- La calidad es tarea de todos
Uno de los factores que adquiere mayor relevancia
dentro de los principios arriba
mencionados, es prevenir en lugar de supervisar, en esta prevención está
estrechamente ligada con la motivación al personal y su facultad de desempeñar
trabajos auto supervisados siguiendo como objetivo la calidad total del
producto terminado.
11.3 Medio ambiente:
La industria informal de la cerámica ha evidenciado la
urgencia de una correcta gestión ambiental que mitigue el impacto
medioambiental y sus respectivas repercusiones a la sociedad.
Bajo esta necesidad y ante la urgencia de promover la
preservación del medio ambiente se ha desarrollado el decreto nacional 948 de 5
de junio de 1995 que reglamenta la protección y control de la calidad del aire
cuyo alcance es “general y aplicable al territorio nacional”, en la práctica
esto se traduce en emisiones irresponsable producto de hornos rudimentarios y
altamente contaminantes, por otro lado la explotación extensiva en territorios fértiles
se ha convertido en otra problemática de la industria ladrillera, con el
objetivo de mitigar esto se crea la asociación de fabricantes de ladrillos y
materiales de fabricación( ANAFALCO), el objetivo ahora es lograr el
direccionamiento de todas las pequeñas compañías de índole informal para que se
ajusten a las directrices ya existentes y a su eficiente aplicación bajo la
premisa de producción responsable sin impacto medioambiental.
12. BIBLIOGRAFIA Y INFOGRAFÍA
RUIZ GONZALES, manuel y MANDADO PEREZ, enrique . la innovación tecnológica y su gestión. Marcombo boxareu, editores.1989
